Via er en av de viktige komponentene i flerlags PCB, og kostnadene ved boring utgjør vanligvis 30% til 40% av kostnadene for PCB-kort.Enkelt sagt kan hvert hull på PCB kalles en via.
Det grunnleggende konseptet for via:
Fra funksjonssynspunkt kan viaen deles inn i to kategorier: den ene brukes som en elektrisk forbindelse mellom lagene, og den andre brukes som feste eller posisjonering av enheten.Hvis fra prosessen, er disse hullene generelt delt inn i tre kategorier, nemlig blinde hull, nedgravde hull og gjennomgående hull.
Blindhull er plassert på topp- og bunnflatene på kretskortet og har en viss dybde for tilkobling av overflatekretsen og den indre kretsen under, og dybden på hullene overstiger vanligvis ikke et visst forhold (åpning).
Det nedgravde hullet refererer til tilkoblingshullet plassert i det indre laget av kretskortet, som ikke strekker seg til overflaten av kortet.Ovennevnte to typer hull er plassert i det indre laget av kretskortet, som fullføres av den gjennomgående støpeprosessen før laminering, og flere indre lag kan overlappes under dannelsen av det gjennomgående hullet.
Den tredje typen kalles gjennomgående hull, som går gjennom hele kretskortet og kan brukes for å oppnå intern sammenkobling eller som installasjonsplasseringshull for komponenter.Fordi det gjennomgående hullet er lettere å oppnå i prosessen og kostnadene er lavere, bruker de aller fleste trykte kretskort det, i stedet for de to andre gjennomgående hullene.Følgende hull, uten spesielle instruksjoner, anses som gjennomgående hull.
Fra et designsynspunkt er en via hovedsakelig sammensatt av to deler, den ene er midten av borehullet, og den andre er sveiseputeområdet rundt borehullet.Størrelsen på disse to delene bestemmer størrelsen på via.
Åpenbart, i høyhastighets PCB-design med høy tetthet, vil designerne alltid ha hullet så lite som mulig, slik at mer ledningsplass kan være igjen, i tillegg, jo mindre via, er dens egen parasittiske kapasitans mindre, mer egnet for høyhastighetskretser.
Imidlertid medfører reduksjonen av gjennomgangsstørrelsen også en økning i kostnadene, og størrelsen på hullet kan ikke reduseres i det uendelige, det begrenses av bore- og galvaniseringsteknologi: jo mindre hullet er, jo lengre tid tar boringen, jo lettere er det. er å avvike fra sentrum;Når dybden av hullet er mer enn 6 ganger diameteren til hullet, er det umulig å sikre at hullveggen kan bli jevnt belagt med kobber.
For eksempel, hvis tykkelsen (gjennom hulldybden) på et normalt 6-lags PCB-kort er 50Mil, så kan den minste borediameteren som PCB-produsenter kan gi under normale forhold bare nå 8Mil.Med utviklingen av laserboringsteknologi kan størrelsen på boringen også bli mindre og mindre, og diameteren på hullet er generelt mindre enn eller lik 6Mils, vi kalles mikrohull.
Mikrohull brukes ofte i HDI (high density interconnect structure) design, og mikrohullteknologi kan tillate at hullet bores direkte på puten, noe som i stor grad forbedrer kretsytelsen og sparer ledningsplass.Via vises som et bruddpunkt for impedansdiskontinuitet på overføringslinjen, noe som forårsaker en refleksjon av signalet.Generelt er den ekvivalente impedansen til hullet omtrent 12 % lavere enn overføringslinjen, for eksempel vil impedansen til en 50 ohm overføringslinje reduseres med 6 ohm når den passerer gjennom hullet (spesifikt og størrelsen på via, platetykkelsen er også relatert, ikke en absolutt reduksjon).
Imidlertid er refleksjonen forårsaket av impedansdiskontinuiteten via faktisk veldig liten, og dens refleksjonskoeffisient er bare:
(44-50)/(44 + 50) = 0,06
Problemene som oppstår fra viaen er mer konsentrert om effekten av parasittisk kapasitans og induktans.
Vias parasittiske kapasitans og induktans
Det er en parasittisk strøkapasitans i selve viaen.Hvis diameteren til loddemotstandssonen på det lagte laget er D2, er diameteren på loddeputen D1, tykkelsen på PCB-kortet er T, og den dielektriske konstanten til substratet er ε, den parasittiske kapasitansen til det gjennomgående hullet er omtrent:
C=1,41εTD1/(D2-D1)
Hovedeffekten av den parasittiske kapasitansen på kretsen er å forlenge stigetiden til signalet og redusere hastigheten på kretsen.
For eksempel, for et PCB med en tykkelse på 50Mil, hvis diameteren på via-puten er 20Mil (diameteren på borehullet er 10Mils) og diameteren til loddemotstandssonen er 40Mil, kan vi tilnærme den parasittiske kapasitansen på via formelen ovenfor:
C=1,41x4,4x0,050x0,020/(0,040-0,020)=0,31pF
Mengden stigetidsendring forårsaket av denne delen av kapasitansen er omtrent:
T10-90=2,2C(Z0/2)=2,2x0,31x(50/2)=17,05ps
Det kan sees fra disse verdiene at selv om nytten av stigningsforsinkelsen forårsaket av den parasittiske kapasitansen til en enkelt via ikke er veldig åpenbar, hvis viaen brukes flere ganger i linjen for å bytte mellom lag, vil flere hull bli brukt, og designet bør vurderes nøye.I selve designet kan den parasittiske kapasitansen reduseres ved å øke avstanden mellom hullet og kobberområdet (Anti-pad) eller redusere diameteren på puten.
Ved utformingen av høyhastighets digitale kretser er skaden forårsaket av den parasittiske induktansen ofte større enn påvirkningen av den parasittiske kapasitansen.Dens parasittiske serieinduktans vil svekke bidraget til bypass-kondensatoren og svekke filtreringseffektiviteten til hele kraftsystemet.
Vi kan bruke følgende empiriske formel for ganske enkelt å beregne den parasittiske induktansen til en tilnærming gjennom hull:
L=5,08t[ln(4t/d)+1]
Der L refererer til induktansen til via, er h lengden på via, og d er diameteren til det sentrale hullet.Det kan ses av formelen at diameteren til viaen har liten innflytelse på induktansen, mens lengden på viaen har størst innflytelse på induktansen.Fortsatt ved å bruke eksemplet ovenfor, kan induktansen utenfor hullet beregnes som:
L=5,08x0,050[ln(4x0,050/0,010)+1]=1,015nH
Hvis stigetiden til signalet er 1ns, er dens ekvivalente impedansstørrelse:
XL=πL/T10-90=3,19Ω
Slik impedans kan ikke ignoreres i nærvær av høyfrekvent strøm gjennom, spesielt merk at bypass-kondensatoren må passere gjennom to hull når du kobler sammen kraftlaget og formasjonen, slik at hullets parasittiske induktans vil multipliseres.
Hvordan bruke via?
Gjennom analysen ovenfor av hullets parasittiske egenskaper, kan vi se at i høyhastighets PCB-design gir tilsynelatende enkle hull ofte store negative effekter på utformingen av kretsen.For å redusere de negative effektene forårsaket av den parasittiske effekten av hullet, kan designet være så langt som mulig:
Fra de to aspektene av kostnad og signalkvalitet, velg en rimelig størrelse på via-størrelsen.Om nødvendig kan du vurdere å bruke forskjellige størrelser på vias, som for strømforsyning eller jordledningshull, du kan vurdere å bruke en større størrelse for å redusere impedansen, og for signalkabling kan du bruke en mindre via.Selvfølgelig, ettersom størrelsen på viaen minker, vil den tilsvarende kostnaden også øke
De to formlene diskutert ovenfor kan konkluderes med at bruken av et tynnere PCB-kort bidrar til å redusere de to parasittiske parametrene til via
Signalledningene på PCB-kortet bør ikke endres så langt som mulig, det vil si prøv å ikke bruke unødvendige vias.
Vias må bores inn i pinnene på strømforsyningen og bakken.Jo kortere ledningen mellom pinnene og viaene er, jo bedre.Flere hull kan bores parallelt for å redusere tilsvarende induktans.
Plasser noen jordede gjennomgående hull nær de gjennomgående hullene til signalendringen for å gi den nærmeste sløyfen for signalet.Du kan til og med plassere noen overflødige jordhull på PCB-kortet.
For høyhastighets PCB-kort med høy tetthet kan du vurdere å bruke mikrohull.